吳容，張遠(yuǎn)揚(yáng)，黃晟，李一丁，張玲

（1.四川省防雷中心，四川成都, 610072；2.遂寧市氣象局，四川遂寧,629000）

0 引言

雷電產(chǎn)生于強(qiáng)對(duì)流天氣（雷暴）之中，是伴有閃電和雷鳴的放電現(xiàn)象，具有電流強(qiáng)度大、電壓值高、強(qiáng)電磁輻射等特征[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，信息技術(shù)得以快速發(fā)展，智能化設(shè)備越來越多的應(yīng)用到各行各業(yè)以及民用家庭中，而雷電引起的危害也顯著增加，產(chǎn)生的社會(huì)影響也越來越大，對(duì)電氣以及電子設(shè)備的保護(hù)也越來越引起人們的重視，因此為了將雷電造成的損失降低，除應(yīng)做好建筑物的外部防雷措施以外，還應(yīng)做好內(nèi)部防雷措施，包括屏蔽、等電位聯(lián)結(jié)、合理布線以及裝設(shè)電涌保護(hù)器[3]。在防雷檢測工作中，對(duì)電涌保護(hù)器的檢測是防雷檢測中的一個(gè)工作重點(diǎn)[4]，對(duì)檢測中已經(jīng)存在安全隱患的電涌保護(hù)器應(yīng)及時(shí)給受檢單位提出并要求受檢單位及時(shí)整改，防止造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 防雷分區(qū)

在防雷檢測工作中，首先應(yīng)該確定受檢建筑物的防雷類別以及被檢測場所所屬的雷電防護(hù)區(qū)，如圖1所示。

圖1 建筑物雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）劃分

1.1 建筑物雷電防護(hù)區(qū)的劃分

①LPZ0A區(qū)：本區(qū)有遭受直擊雷的可能，且雷電產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度無衰減。

②LPZ0B區(qū)：本區(qū)內(nèi)無滾球法計(jì)算范圍外的直擊雷可能，且雷電產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度無衰減。

③LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)無遭直擊雷的可能，且雷電產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度的衰減，取決于屏蔽措施的完備程度。

由于雷電流在流經(jīng)該區(qū)域前的交界面已經(jīng)被分流，所以該區(qū)域內(nèi)雷電流小于LPZ0B區(qū)內(nèi)的雷電流。

④LPZ2…n區(qū)：在該區(qū)域內(nèi)，流入的電涌電流和雷擊電磁場強(qiáng)度都進(jìn)一步減少[5]。

2 電涌保護(hù)器（SPD）的類別及保護(hù)模式

2.1 電涌保護(hù)器（SPD）的類別

①開關(guān)型SPD：為間隙放電型器件，當(dāng)無電涌時(shí)，SPD呈現(xiàn)出高阻的狀態(tài)，當(dāng)有電涌電壓出現(xiàn)時(shí)，SPD就突然呈現(xiàn)低阻抗的特性；其雷電能量瀉放能力大，主要作用是泄放雷電能量，并且具有不連續(xù)的電壓、電流特性。

②限壓型SPD：當(dāng)無電涌時(shí)，SPD呈現(xiàn)出高阻的狀態(tài)，但隨著雷電流的侵入，其電涌的電壓和電流的增加，SPD的阻抗則連續(xù)變小，最后呈現(xiàn)出+低阻抗的狀態(tài)。該SPD為氧化鋅壓敏電阻器件，它瀉放雷電能量的能力小，但其對(duì)過電壓抑制能力好，因?yàn)榫哂羞B續(xù)的電壓、電流特性，使用該SPD的主要作用是限制過電壓。

③組合型SPD：由限壓型元件和開關(guān)型元件組合而成，它的特性可分別表現(xiàn)為開關(guān)型SPD或限壓型SPD特性，或者兩種SPD特性都有。

一般建筑物里SPD安裝在電氣系統(tǒng)或者電子系統(tǒng)位置示意圖如圖2所示。

根據(jù)圖2所示，在建筑物入口處，即電源第一級(jí)防護(hù)部分，應(yīng)選用開關(guān)型電涌保護(hù)器來泄放雷電能量，在電源第二級(jí)防護(hù)區(qū)及后級(jí)線路應(yīng)選用限壓型電涌保護(hù)器，該SPD能限制因前級(jí)雷電能量瀉放后，而在后級(jí)線路產(chǎn)生的高過電壓。開關(guān)型電涌保護(hù)器和限壓型電涌保護(hù)器需配合使用，才能保證配電線路中各級(jí)設(shè)備的安全。當(dāng)在線路上安裝多個(gè)電涌保護(hù)器時(shí)，電壓開關(guān)型SPD與限壓型SPD間線路長度不宜<10米，若線路長度<10m，則應(yīng)在前后兩級(jí)SPD之間加裝退耦元件。限壓型SPD之間的線路長度不宜<5米，如果<5米則應(yīng)在兩級(jí)電涌保護(hù)器加裝退耦元件。如果各級(jí)電涌保護(hù)器具有能量自動(dòng)配合功能則它們之間的線路長度不受限制。

圖2 SPD安裝位置示意圖

2.2 電涌保護(hù)器（SPD）的保護(hù)模式

電氣系統(tǒng)中浪涌保護(hù)器的保護(hù)模式大部分是4個(gè)保護(hù)模式（L-PE及N-PE），即三根火線分別與保護(hù)線，中性線與保護(hù)線連接，如圖3所示。

圖3 SPD的保護(hù)模式

電涌保護(hù)器（SPD）上每一個(gè)保護(hù)模式的參數(shù)含義為：

①最大持續(xù)運(yùn)行電壓（Uc）：可持續(xù)加于電氣系統(tǒng)電涌保護(hù)器保護(hù)模式的最大方均根電壓或直流電壓。對(duì)于各種形式的接線系統(tǒng)，最小值要求參閱GB50057-2010附錄J中表J.1.1。

②標(biāo)稱放電電流（In）：流過電涌保護(hù)器8/20us電流波的峰值。

典型波形（10/350μS,8/20μS）如圖 4所示。

圖4 典型波形（10/350μS,8/20μS）圖

⑤I級(jí)實(shí)驗(yàn)：電氣系統(tǒng)中采用I級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器要用標(biāo)稱放電電流In、1.2/50us沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp做試驗(yàn)。I級(jí)試驗(yàn)可用T1外加方框表示，即。

⑥II級(jí)試驗(yàn)：電氣系統(tǒng)中采用II級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器要用標(biāo)稱放電電流In、1.2/50us沖擊電壓和8/20us電流波最大放電電流Imax做試驗(yàn)。II級(jí)試驗(yàn)可用T2

其中波頭時(shí)間是指：從峰值電流的10%上升到90%的時(shí)間（圖B到A的時(shí)間）；半值時(shí)間是指：從電流峰值下降到峰值電流一半時(shí)所需時(shí)間（圖C到F的時(shí)間）。

③沖擊電流（Iimp）：由電流幅值Ipeak、電荷Q和單位能量W/R所限定。

④電壓保護(hù)水平（Up）：表征電涌保護(hù)器限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，其值可從優(yōu)先值的列表中選擇。電壓保護(hù)水平值應(yīng)大于所測量的限制電壓的最高值。外加方框表示，即。

3 各類防雷建筑物電涌保護(hù)器的安裝和選擇要求

在電氣系統(tǒng)中，從室外引入室內(nèi)的線路上應(yīng)安裝安裝I級(jí)試驗(yàn)SPD，若被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊過電壓小于SPD的有效電壓保護(hù)水平，則只需安裝一級(jí)；若不能滿足上述關(guān)系，則需增加二級(jí)、三級(jí)乃至四級(jí)SPD進(jìn)行保護(hù)。

3.1 一類防雷建筑SPD布置的要求

室外低壓配電線路應(yīng)采用埋地引入的方式，若不能全線埋地引入，需在架空線與埋地的連接處，安裝戶外型的SPD，SPD選用I級(jí)實(shí)驗(yàn)類型的產(chǎn)品，其電壓保護(hù)水平UP應(yīng)≤2.5kV，其保護(hù)模式的沖擊電流Iimp應(yīng)≥10kA。

在總配電箱處應(yīng)安裝I級(jí)實(shí)驗(yàn)類型的SPD。SPD的電壓保護(hù)水平值（UP）應(yīng)≤2.5kV。當(dāng)不同保護(hù)模式的沖擊電流值（Iimp）無法確定時(shí)，沖擊電流（Iimp）應(yīng)≥ 12.5kA[5]。

對(duì)后級(jí)配電箱及末端的配電箱，如果需要裝設(shè)電涌保護(hù)器（SPD），則應(yīng)選用II級(jí)或Ⅲ級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器（SPD）。電壓保護(hù)水平（UP）應(yīng)小于或等于 2.5kV，標(biāo)稱放電電流（In）為II級(jí)實(shí)驗(yàn)的SPD時(shí)，In≥5kA；標(biāo)稱放電電流（In）為Ⅲ級(jí)實(shí)驗(yàn)的SPD時(shí)，In≥3kA。

3.2 二類防雷建筑SPD布置的要求

若防雷接地裝置與電氣接地裝置共用或相連，則應(yīng)在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處應(yīng)裝設(shè)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)SPD。SPD的電壓保護(hù)水平值（UP）應(yīng)≤2.5kV。當(dāng)各保護(hù)模式的沖擊電流值（Iimp）不能確定時(shí)，取沖擊電流值（Iimp）≥12.5kA。

若Yyn0型或 Dyn11型接線的配電變壓器（）Yyn0型或Dyn11型接線）安裝在本建筑物內(nèi)或附安裝在外墻處時(shí)，除了應(yīng)在變壓器（高壓側(cè)）裝設(shè)避雷器外，另需要在母線安裝SPD：

①當(dāng)本建筑物引出線路至其他配電裝置且本配電裝置地網(wǎng)為獨(dú)立地網(wǎng)時(shí)，則應(yīng)在低壓側(cè)配電母線安裝Ⅰ級(jí)試驗(yàn)SPD，各保護(hù)模式的沖擊電流值（Iimp）不能確定時(shí)，沖擊電流（Iimp）應(yīng)取≥12.5kA；

②當(dāng)建筑物無線路引出時(shí)，則應(yīng)在低壓側(cè)配電母線上裝設(shè)Ⅱ級(jí)試驗(yàn)SPD，各保護(hù)模式的標(biāo)稱放電電流值In應(yīng)取≥5 kA。SPD的電壓保護(hù)水平值（UP）應(yīng)取≤2.5kV[5]。

三類防雷建筑SPD布置的要求同上二類防雷建筑SPD布置要求。

一類、二類、三類防雷建筑都應(yīng)滿足：

低壓總配箱處安裝的SPD，各保護(hù)模式的沖擊電流值（Iimp），根據(jù)電源線路是否有屏蔽層而選用不同的公式計(jì)算Iimp值，無屏蔽層時(shí)按式（1）計(jì)算，有屏蔽層時(shí)按式（2）計(jì)算：

其中：I表示雷電流（kA），當(dāng)為一類防雷建筑物時(shí)，I=200kA；當(dāng)為二類防雷建筑物時(shí)，I=150kA；當(dāng)為三類防雷建筑物時(shí)，I=100kA；

N表示架空和埋地引入的外來金屬管道和線路的總數(shù)；

M表示每一線路內(nèi)導(dǎo)體芯線的總根數(shù)；

Rs表示屏蔽層每公里的電阻（Ω/km）；

Rc表示芯線每公里的電阻（Ω/km）。

在選擇和安裝電涌保護(hù)器（SPD）時(shí)，為了避免濫用高級(jí)別的SPD過度保護(hù)而造成浪費(fèi)，并且能有效的保護(hù)電氣設(shè)備不受閃電電泳的侵害，則需要根據(jù)線路和設(shè)備的耐沖擊電壓（Uw）二選擇合適的電涌保護(hù)器，Uw是選擇電涌保護(hù)器（SPD）電壓保護(hù)水平（UP）的一個(gè)很重要的限制條件。在GB50057中第6.4.4條規(guī)定：在220V/380 V三相配電線路中Uw可根據(jù)表1的規(guī)定取值；而其他保護(hù)的線路和設(shè)備，包括電壓和電流的抗擾度，則宜按制造商提供的材料確定。

表1 建筑物內(nèi)220/380V配電系統(tǒng)中設(shè)備絕緣耐沖擊電壓（Uw）額定值

4 防雷檢測實(shí)例分析

電涌保護(hù)器（SPD）可能會(huì)因?yàn)殚L時(shí)間工作或因處于惡劣環(huán)境中而老化，或者因受閃電電涌侵入而引起性能下降或失效等故障，因此需用專業(yè)的檢測儀器定期對(duì)線路和設(shè)備的SPD進(jìn)行檢查。如果測試結(jié)果表明SPD具有劣化顯示或狀態(tài)指示指出SPD失效，受檢單位應(yīng)及時(shí)更換，避免在雷雨天氣因閃電電涌的侵入而造成線路或設(shè)備的損壞，如下圖5所示情況，則應(yīng)對(duì)SPD進(jìn)行更換。

圖5 SPD失效顯示

當(dāng)檢測低壓配電室的總配電箱、配電柜時(shí)，應(yīng)該檢測是否在配電箱、配電柜里裝設(shè)I級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器（SPD），因?yàn)槌Ｒ?guī)受檢單位的建筑物一般是防雷接地裝置和電氣接地裝置共用或者相連的，如果未裝設(shè)I級(jí)實(shí)驗(yàn)的電涌保護(hù)器，則應(yīng)該對(duì)受檢單位提出整改，增設(shè)電涌保護(hù)器。

在常規(guī)防雷檢測中，首先應(yīng)確定受檢項(xiàng)目的雷電防護(hù)區(qū)及被保護(hù)設(shè)備的耐壓，從而確定安裝的SPD能否對(duì)保護(hù)對(duì)象行成有效的保護(hù)，并記錄SPD的各項(xiàng)參數(shù)，包括SPD試驗(yàn)類型、最大持續(xù)運(yùn)行電壓、沖擊電流值、標(biāo)稱放電電流值等；其次，檢查劣化指示燈是否正常，如有劣化顯示，則判定SPD已失效，可建議更換；最后對(duì)SPD的壓敏電壓、泄漏電流、絕緣電阻進(jìn)行測試，若測試結(jié)果顯示涌保護(hù)器已經(jīng)失效，也須更換。